CN105122434B - 氧化防止气体吹出单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氧化防止气体吹出单元，所述氧化防止气体吹出单元具备：中空板状的基体部(20)，其在内部形成有氧化防止气体流路(30)；孔(24)，其以焊针(12)可抽出插入的方式设置于基体部(20)，并与氧化防止气体流路(30)连通；及加热器(50)，其是安装于基体部(20)的外表面；氧化防止气体流路(30)包含设置于基体部(20)的安装加热器(50)的外表面的附近的第一流路。藉此，在安装于打线接合装置的氧化防止气体吹出单元中，以小型的构造对无空气球有效地进行加热。

Description

氧化防止气体吹出单元
技术领域
本发明涉及一种安装于打线装置中的氧化防止气体吹出单元的构造。
背景技术
在打线装置中，多数情况下进行无空气球接合，即，通过火花(spark)使自作为接合工具的焊针(capillary)的前端伸出的线尾(wire tail)形成为无空气球(freeairball)，并将无空气球在焊针的前端接合于半导体组件、或基板的电极上。
之前，在打线接合中，多使用金线，而现在则使用较廉价且电特性优异的铜线进行接合。然而，铜线与金不同，易氧化，因此在通过火花形成无空气球时，导致在球的表面形成氧化皮膜。该氧化皮膜存在使无空气球与电极的附着性降低而引起接合不良的情形。因此，提出如下方法：例如在使用铜线进行接合时，在氮气或氩气等惰性气体中形成无空气球，从而抑制无空气球表面发生氧化(例如参照专利文献1)。
另一方面，存在如下问题：存在若接合时的无空气球的表面温度降低则无空气球与电极的接合强度降低、或在形成无空气球时若无空气球的表面温度降低则无空气球会发生异形化(不为圆状)的情形。因此，提出有如下方案：通过将经加热的还原性气体在无空气球形成的前后及无空气球形成中流通于其周边而将无空气球的温度保持得较高，从而确保接合强度(例如参照专利文献2)。又，提出有如下方法：在流通经加热的惰性气体的状态下形成无空气球，藉此，抑制无空气球表面的氧化，并且将无空气球的温度保持得较高而进行接合(例如参照专利文献3)。
然而，如专利文献2、3所记载的现有技术，在将经加热的惰性气体从气体喷嘴喷出的构造的情况下，为了维持惰性气体环境，必需加大惰性气体的流量。因此，存在如下问题：用在对惰性气体进行加温的加热器也必需为大型，从而接合装置变为大型、或动作变慢，而导致不易高速地接合。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2007-294975号公报
专利文献2：日本专利特开昭63-164230号公报
专利文献3：日本专利特开昭63-266845号公报
发明内容
[发明所欲解决的问题]
因此，本发明的目的在于提供一种能以小型的构造有效地对无空气球进行加温的氧化防止气体吹出单元。
[解决问题的技术手段]
本发明的氧化防止气体吹出单元具备：中空板状的基体部，其在内部形成有氧化防止气体流路；孔，其以焊针可抽出插入的方式设置于基体部，并与氧化防止气体流路连通；及加热器，其安装于基体部的外表面上；该氧化防止气体吹出单元中：氧化防止气体流路包含设置于基体部的安装加热器的外表面的附近的第一流路。
在本发明的氧化防止气体吹出单元中，较佳为：氧化防止气体流路具有第二流路，该第二流路是设置于第一流路与孔之间、且较第一流路深，并且第一流路包围第二流路的至少一部分。
在本发明的氧化防止气体吹出单元中，较佳为：第二流路具备：多个吹出口，其朝向孔的中心吹出氧化防止气体；及迷宫(labyrinth)，其在从第一流路至各吹出口之间，使氧化防止气体的流动方向至少变更2次。
在本发明的氧化防止气体吹出单元中，较佳为：在设置于孔的侧面的贯通孔中配置有火炬电极。
[发明的效果]
本发明发挥如下效果：提供一种能以小型的构造有效地对无空气球进行加温的氧化防止气体吹出单元。
附图说明
图1是表示安装有本发明的实施方式中的氧化防止气体吹出单元的打线装置的立体图。
图2是图1所示的A部的放大立体图。
图3是表示本发明的实施方式中的氧化防止气体吹出单元的构成的立体图。
图4是表示本发明的实施方式中的氧化防止气体吹出单元的氧化防止气体流路的说明图。
图5是示意性地表示本发明的实施方式中的氧化防止气体吹出单元的剖面的说明图。
图6是表示安装有本发明的其他实施方式中的氧化防止气体吹出单元的打线装置的立体图。
图7是示意性地表示本发明的其他实施方式中的氧化防止气体吹出单元的剖面的说明图。
图8是表示本发明的其他实施方式中的氧化防止气体吹出单元的构成的立体图。
符号说明：
11 超声波变幅杆
12 焊针
13 线尾
14 无空气球
20 基体部
21 本体
21a 第一部分
21b 第二部分
22 盖
22a、23a、50a 缺口
23 盖板
24 孔
24c 中心
25 氧化防止气体供给管
26 氧化防止气体供给孔
30 氧化防止气体流路
30A 第一流路
30B 第二流路
30a 上游侧流路
30b 下游侧流路
31、33、60 槽
32 山部
34 连接流路
35、36a、36b、37a、37b、38a、38b 突起
39a、39b 段部
40 凹部
41 底面
42 侧面
45a、45b、45c 吹出口
50 加热器
50b 发热电阻体
51 电极
61 槽型流路
70 火炬电极
71 贯通孔
80 高温高浓度区域
100 氧化防止气体吹出单元
具体实施方式
以下，一面参照附图一面对本发明的实施方式进行说明。如图1所示，本实施方式的氧化防止气体吹出单元100具备：中空板状的基体部20，其在内部形成有氧化防止气体流路30；孔24，其是以焊针12可抽出插入的方式设置于基体部20，并与氧化防止气体流路30连通；及加热器50，其安装于基体部20的外表面。
如图1所示，基体部20具备：本体21，其表面形成有形成氧化防止气体流路30的槽(在后文进行说明)；较薄的平板状盖22，其安装于本体21上并将形成于本体21上的槽的开放端封闭，且与该槽一同形成氧化防止气体流路30。因此，盖22的与本体21相反侧的表面(上表面)成为基体部20的外表面。在作为基体部20的外表面的盖22的上表面上安装有与盖22具有相同平面形状的膜状的加热器50，且在加热器50上安装有与盖22具有相同平面形状的盖板23。在盖板23上露出加热器50的电极51。又，本体21连接有供给氧化防止气体的氧化防止气体供给管25。
如图2所示，在与氧化防止气体流路30连通的孔24的侧面设置有贯通孔71，且在该贯通孔71中配置有火炬电极70。火炬电极70是通过在与自焊针12的前端伸出的线尾13之间进行放电而使线尾13的前端形成为无空气球14。
在接合动作时，图1所示的焊针12是通过安装于未图示的接合臂上的超声波变幅杆(Ultrasonic Horn)11而在上下方向(Z方向)上移动，从而将形成于线尾13的前端的无空气球14向半导体晶片或基板的电极推压，从而将金属线与电极接合(bond)。氧化防止气体吹出单元100是安装于安装有超声波变幅杆11的接合头(未图示)上，且与超声波变幅杆11、焊针12一同在XY方向上移动。氧化防止气体可为氮气或氩气等惰性气体，也可使用例如混合有氢等的还原性气体的气体。
如图3所示，本体21具备：大致梯形的第一部分21a，其宽度自安装有氧化防止气体供给管25的根部分朝向前端变小；及圆头长方形的第二部分21b，其包含供焊针12贯通的孔24。在第一部分21a的表面设置有弯折且较浅的槽31、及各槽31间的带状山部32。在第一部分21a的根侧的槽31中，设置有与氧化防止气体供给管25连通的氧化防止气体供给孔26。又，在第二部分21b的外周侧的表面设置有槽33，该槽33具有与槽31连接的直线状部分、及沿着第二部分21b的前端的半圆形状的月牙型部分。如图5所示，在本实施方式中，槽31与槽33的深度同为深度H1。
在第二部分21b的中央形成有较槽31、33深的凹部40。槽33与凹部40是通过连接流路34而连通。如图5所示，凹部40的深度为H2。在凹部40中，如图4所示，设置有多个突起35、36a、36b、37a、37b、38a、38b。如图3、图4所示，突起35是自凹部40的底面41突出，且连接流路34侧为凹部的半圆筒型突起；突起36a、36b是自凹部40的左右的侧面42朝向突起35的侧面分别突出的板型突起；突起37a、37b是在突起35与突起36a、36b之间的各间隙的孔24侧自凹部40的底面41突出的板状突起；突起38a、38b是自凹部40的底面41突出，且沿着孔24的周围彼此相离地设置的圆弧状突起。在突起38a、38b的孔24侧设置有较凹部40的底面41高的段部39a、39b。
在凹部40的孔24侧的本体21中，设置有较凹部40浅的槽60。槽60的自本体21的表面起的深度是如图5所示为深度H3。又，如图5所示，段部39a、39b的自本体21的表面起的深度也为深度H3。
如图5所示，各突起35、37a、37b、38a、38b的上表面、与本体21的安装盖22的表面为相同高度。图4所示的山部32、各突起36a、36b也相同。又，如图3所示，盖22是自与本体21外形相同的外形将槽60的部分、及孔24的周围部分以U字型切除的形状，且该U字型缺口22a的圆弧部分的半径略微小于突起38a、38b的孔24侧的圆弧面的半径。因此，如图3所示，若将平板的盖22安装于本体21上，则槽31、33的周围的本体21的表面、山部32的上表面、及各突起35、36a、36b、37a、37b、38a、38b的上表面密接于盖22的底面，且盖22、槽31、33、与山部32构成较浅的第一流路30A。第一流路30A包含：上游侧流路30a，其为形成于本体21的第一部分21a的表面附近的弯曲流路；及下游侧流路30b，其为形成于本体21的第二部分21b的表面附近且接续于直线流路的月牙型流路。又，盖22、凹部40与各突起35、36a、36b、37a、37b、38a、38b构成与孔24连通的第二流路30B。第一流路30A与第二流路30B是通过连接流路34而连通。因此，氧化防止气体流路30是由包含上游侧流路30a与下游侧流路30b的第一流路30A、及第一流路与孔24之间的第二流路30B构成。
如图3所示，第一流路30A的下游侧流路30b的直线状部分是与第二流路30B平行地配置，且下游侧流路30b的月牙型部分是沿着第二流路30B的外周而配置于其与第二部分21b的外表面之间。因此，下游侧流路30b包围第二部分21b的前端侧的第二流路30B的周围。
相当于盖22的U字型缺口22a的区域的孔24的周围与槽60的部分未被盖22覆盖，而处于开放的状态，因此可自盖22的表面侧看到孔24。又，槽60是构成使盖22侧开放的槽型流路61，并构成在超声波变幅杆11下降时超声波变幅杆11不会与本体21碰撞的退避部。
如图3所示，膜状的加热器50、盖板23的形状也分别为与盖22相同，并分别具有形状与盖22的U字型的缺口22a相同的缺口50a、23a。因此，若使盖22、加热器50、及盖板23重合于本体21的表面上，则各U字型缺口50a、23a也不会覆盖于孔24的周围与槽60的部分，而如图1所示，焊针12可通过各U字型缺口22a、50a、23a的部分而插通于孔24中。在本实施方式中，本体21、盖22、及盖板23分别为陶瓷制，且如图3所示，以本体21、盖22、加热器50、及盖板23的顺序重合而烧结形成、或以接着剂组装。
如图3、图4所示，以盖22、槽31及山部32所构成的折返型上游侧流路30a的流路剖面面积是随着朝向下游而变窄，自第一部分21a朝向第二部分21b的最下游的直线状流路的流路剖面面积变得最小。上游侧流路30a的上述直线状的部分是与设置于本体21的第二部分21b的下游侧流路30b的直线状部分相连。关于以盖22、槽33及槽33周围的本体21的表面所构成、且包含直线状部分与月牙型部分的下游侧流路30b的直线状部分，其流路剖面面积在下游侧流路30b中变得最小。下游侧流路30b的月牙型部分的流路剖面面积是随着朝向第二部分21b的前端而变大，且当越过第二部分21b的前端后，流路剖面面积逐渐变窄，且延伸至第二部分21b的与第一部分21a为相反侧的位置。与上游侧流路30a的折返部分的流路剖面面积相比，下游侧流路30b的月牙型部分的流路剖面面积较小。
如图5所示，上游侧流路30a与下游侧流路30b是配置在本体21的表面附近的较浅的流路，且盖22为较薄的平板，如图3所示，加热器50是遍及盖22的上游侧流路30a、下游侧流路30b的整个区域而配置，因此氧化防止气体可通过加热器50而有效地加热。如先前说明那样，连接上游侧流路30a与下游侧流路30b的直线状部分为流路剖面面积最小的部分，而氧化防止气体的流速在该部分中为最快。又，下游侧流路30b的月牙型部分的流路剖面面积小在上游侧流路30a的折返部分的流路剖面面积，因此流入至月牙型部分中的氧化防止气体的流速略微慢于上述直线状部分的流速。配置于越过第二部分21b的前端的区域(下游侧)内的下游侧流路30b的月牙型部分的前端被封闭，因此氧化防止气体滞留于内部。
如图4所示，氧化防止气体自设置于本体21的第一部分21a的槽31中的氧化防止气体供给孔26流入至上游侧流路30a中，并一面如图中的箭头所示那样改变流动方向，一面在较浅的上游侧流路30a的折返部分中流动。自上游侧流路30a至下游侧流路30b的月牙型部分中，由于槽31较浅，因此氧化防止气体有效率地吸收加热器的热。在流经较长的折返部分时，氧化防止气体的温度缓慢上升。而且，若氧化防止气体流入连接上游侧流路30a与下游侧流路30b的直线状部分中，则温度进一步上升。进而，即便在配置于第二部分21b的前端之前的区域(上游侧)内的下游侧流路30b的月牙型部分中，氧化防止气体的温度也逐渐上升。若表示本实施方式中的氧化防止气体的温度上升的一例，则在膜状的加热器50的厚度为0.015mm、输入电力为1W的情况下，可使0.31/min的氧化防止气体自常温上升至130℃左右。此时，加热器50的温度为150℃左右。又，配置于越过第二部分21b的前端的区域(下游侧)内的下游侧流路30b的月牙型部分的前端被封闭，因此温度已上升的氧化防止气体滞留于内部。
高温的氧化防止气体自连接流路34流入至第二流路30B中。如先前所述那样，第二流路30B是由盖22、深度为H2的凹部40、及各突起35、36a、36b、37a、37b、38a、38b所构成，因此与由盖22、深度为H1的较浅的槽31、33所构成的第一流路30A相比，流路剖面面积非常大。因此，在第二流路30B内，氧化防止气体的流速与第一流路30A的流速相比非常慢。因此，虽未通过加热器50进行使温度上升的加热，但可通过加热器50保持为高温状态。
又，如先前所述，第一流路30A的下游侧流路30b的直线状部分是与第二流路30B平行地配置，且下游侧流路30b的月牙型部分是沿着第二流路30B的外周而配置于其与第二部分21b的外表面之间，因此第二流路30B是由成为高温的氧化防止气体流动或滞留的下游侧流路30b包围其一部分。因此，可抑制第二流路30B中的氧化防止气体的温度降低，且与来自加热器50的热输入相结合而将第二流路30B中的氧化防止气体的温度保持为高温状态。
如图4所示，流入至第二流路30B中的高温的氧化防止气体是通过各突起35、36a、36b、37a、37b、38a、38b而变更其方向。自连接流路34流入的氧化防止气体是通过突起35而将流动方向变更为向凹部40的侧面42；通过突起36a、36b而将流动方向变更为向凹部40的中心侧；通过突起37a、37b将流动方向变更为向左右方向；通过突起38a、38b将流动方向变更为向孔24的中心24c的方向；并自突起38a、38b之间及突起38a、38b与凹部40的侧面42之间的吹出口45a、45b、45c朝向孔24的中心24c吹出。即，各突起35、36a、36b、37a、37b、38a、38b是构成将高温的氧化防止气体的流动至少变更2次的迷宫，且高温氧化防止气体自突起38a、38b之间及突起38a、38b与凹部40的侧面42之间的吹出口45a、45b、45c均等地朝向孔24的中心24c吹出。自吹出口45a、45b、45c均等地朝向孔24的中心24c吹出的氧化防止气体的一部分如图5所示那样，通过孔24自本体21的下表面朝向下方流出，且其他一部分通过由槽60所构成的槽型流路61在水平方向流出。
第二流路30B是在将自配置于本体21的表面附近的第一流路30A流入的高温氧化防止气体保持为高温状态的情况下，使其在本体21的高度方向上扩散，因此可在高度方向的较广范围内，吹出高温的氧化防止气体。孔24是设置在凹部40的底面41，因此不会产生由于外部空气的流动而导致自吹出口45a、45b、45c吹出的氧化防止气体的流动被扰乱的现象，而且突起38a、38b在孔24的周围形成为壁，且如图5所示，突起38a、38b的各段部39a、39b延伸至与槽60的底面相同的高度，因此如图5的云标记所示，可在孔24的周围形成高温的氧化防止气体的浓度较高的高温高浓度区域80。在本实施方式中，即便为先前所述的0.3liter/min的较少的氧化防止气体的流量，也可形成温度为130℃左右且氧化防止气体的浓度大致100％的高温高浓度区域80。
如图5所示，将焊针12的中心对准孔24的中心24c，并以使焊针12的前端的线尾13进入氧化防止气体的高温高浓度区域80之中的方式调整超声波变幅杆11的高度后，使配置在设置于孔24的侧面的贯通孔71中的火炬电极70与线尾13之间产生放电，从而使线尾13形成为无空气球14。即，在高温高浓度的氧化防止气体中形成无空气球14，因此可抑制无空气球14的异型化(不为球形)或表面的氧化。进而，在惰性气体环境中进行放电，因此可抑制因火炬电极70的氧化等所导致的劣化。
而且，通过向已形成的无空气球14均等地喷附130℃左右的高温氧化防止气体，可有效地将无空气球14的温度保持为高温而进行接合，因此可进行保持充分的接合强度的接合。通过将无空气球的温度保持为高温，可在无空气球较软的状态下进行接合，能抑制构成金属线的铜等的金属材料的加工硬化，且通过抑制无空气球的温度的急剧降低而减少内部的杂质，并可抑制无空气球变硬等，藉此，可使接合时的推压力、基板的加热温度变少，因此可进行无损伤的接合(几乎不会因接合而使基板等产生损伤的接合)。藉此，可使接合品质提高。进而，若无空气球的温度上升，则接合时的金属接合时的扩散也变好，因此可较少地施加超声波振动，进而可使接合品质提高。
如以上所述，本实施方式的氧化防止气体吹出单元100通过配置于安装有加热器50的本体21的表面附近的较浅的第一流路30A使氧化防止气体的温度有效地上升，并通过较第一流路30A深的第二流路30B使氧化防止气体在高度方向扩散，并且使其自孔24的周围朝向无空气球14均等地吹出，藉此，可利用较少流量的氧化防止气体对无空气球14有效地进行加温或保温，且可进行具有充分接合强度的接合。
又，由于可通过少量的氧化防止气体对无空气球14有效地进行加温或保温，因此可缩小氧化防止气体流路30，并可使全体构成小型化。
进而，由于第二流路30B是由高温的氧化防止气体流动或滞留的下游侧流路30b包围其周围的一部分，因此可将第二流路30B中的氧化防止气体的温度有效地保持为高温状态，并将高温的氧化防止气体喷附于无空气球14。
本实施方式中虽然说明了加热器50为与盖22形状相同的膜状的加热器，但只要为薄型加热器，则也可不为膜状。又，只要可对流过较浅的第一流路30A的氧化防止气体进行加热，则也可不与盖22的形状相同，也可将多个加热器分开地配置于盖22的表面。
参照图6、图7对本发明的其他实施方式进行说明。对与参照自图1至图5而说明的实施方式相同的部分标注相同符号并省略说明。本实施方式如图7所示，加热器50的大小略小于盖22、盖板23的外形，且在盖板23的周围设置有覆盖加热器50的端部的突起。因此，如图6所示，加热器50的端面未露出于外部，自外部无法看到加热器50。
本实施方式中，由于加热器50的端面未露出于外部，因此可更有效地对流路内的氧化防止气体进行加热。再者，在膜状的加热器50非常薄的情况下，如图7所示，也可为不在盖板23的周围设置突起的构成。
一面参照图8一面对本发明的另一实施方式进行说明。对与先前已说明的实施方式相同的部分标注相同符号并省略说明。如图8所示，本实施方式中，代替先前已说明的实施方式的膜状的加热器50，而在盖22的表面安装有发热电阻体50b的图案。本实施方式发挥与先前已说明的实施方式相同的效果。
本发明并非限定于以上说明的实施方式，是包含权利要求所限定的本发明技术范围或不脱离其本质的所有变更及修正。

Claims (4)

1.一种氧化防止气体吹出单元，其具备：
中空板状的基体部，其在内部形成有氧化防止气体流路；
孔，其以焊针可抽出插入的方式设置在所述基体部中，并与所述氧化防止气体流路连通；及
加热器，其是安装在所述基体部的外表面，并对流过所述氧化防止气体流路的氧化防止气体进行加热，
所述氧化防止气体流路包含设置在所述基体部的安装所述加热器的外表面的附近的槽状的第一流路，
所述氧化防止气体流路具有第二流路，所述第二流路是设置在所述第一流路与所述孔之间，且较所述第一流路深，
所述第一流路包围所述第二流路的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的氧化防止气体吹出单元，其中
所述第二流路具备：多个吹出口，其朝向所述孔的中心吹出氧化防止气体；及迷宫，其在从所述第一流路至各所述吹出口之间，使氧化防止气体的流动方向至少变更2次。
3.根据权利要求1所述的氧化防止气体吹出单元，其中
在设置于所述孔的侧面的贯通孔中配置有火炬电极。
4.根据权利要求2所述的氧化防止气体吹出单元，其中
在设置于所述孔的侧面的贯通孔中配置有火炬电极。
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